BOOST PHYSIQUE-CHIMIE - CHAMPS GRAVITATIONNEL ET ÉLECTROSTATIQUE

I. Définition

Un champ est une grandeur physique qui a une valeur en tout point de l’espace. Il existe deux types de champ : les champs scalaires et les champs vectoriels.

Exemples 

On peut créer une cartographie de la température à tout point dans l’espace (champ de température, scalaire). Le champ gravitationnel est vectoriel car il possède une direction et un sens.

II. Champ gravitationnel $\vec{G}$

Le champ a une utilité en physique : il permet de calculer la force subie par une masse $m$ que l’on mettrait en un point $M.$ On peut, en théorie, cartographier le champ gravitationnel en tout point de l’espace. On a :

$\vec{F}_{M} = m\times \vec{G}_{M}$

$F$ et $G$ sont de même sens. Le champ gravitationnel est radial et vers le centre de la Terre dans un référentiel géocentrique et vertical vers le bas dans un référentiel terrestre (localement sur Terre). On parle de lignes de champ sur Terre.

III. Champ électrique $\vec{E}$

Le champ électrique permet de calculer la force subie par une charge $q$ que l’on placerait en un point de l’espace appelé $M.$ On a alors :

$\vec{F}_{E} = q\times \vec{E}_{M}$

Remarque : Les vecteurs $\vec{F}$ et $\vec{E}$ sont colinéaires peu importe le signe de $q.$

Si $q > 0$, $\vec{F}$ et $\vec{E}$ sont de même sens.

Si $q < 0$, $\vec{F}$ et $\vec{E}$ sont de sens opposés.

Dans le cas d’un proton, on a une particule chargée positivement. Les particules chargées positivement se repoussent et on va donc avoir une force allant dans une direction opposée à l’endroit où est localisé le proton.

Si l’on place au centre une particule chargée négativement, comme un électron, les particules positives vont être attirées vers le centre, où se situe l’électron. Elles subissent une force attractive.

On se place maintenant dans le cas d’un condensateur : un condensateur est constitué de deux plaques se faisant face et séparées par un isolant, à travers lequel le courant ne peut pas circuler. Les électrons vont donc se charger et chacun être associés à un défaut d’électron. Il va ainsi y avoir un champ électrique entre ces deux plaques.

Si l’on place une particule positive entre les deux plaques, elle va être attirée par les électrons chargés négativement. On peut également calculer la valeur du champ électrique avec :

$E = \dfrac{U}{d}$

Avec $U$ la différence de potentiel entre les deux plaques en $V$ et $d$ la distance entre les deux plaques en $m.$